Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung nach dem Ober
begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a valve arrangement according to the upper
Concept of claim 1.
Eine Ventilanordnung der gattungsgemäßen Art wird als Über
druckventil bei einem Heißgasgenerator verwendet, der in
einer Brennkammer aus einer Treibladung ein hochgespanntes
Gas erzeugt, das in der Außenwandung eines Flugkörpers an
geordneten Düsen zugeführt wird. Dadurch soll ein die Flug
bahn des Flugkörpers korrigierender Schub erzeugt werden.
Die von einem solchen Heißgasgenerator erzeugten Gase haben
eine sehr hohe Temperatur in der Größenordnung zwischen
1400 K und 2000 K und strömen mit sehr großer Geschwindig
keit durch die Ventilanordnung, wenn diese zum Abbau einer
Überdruckspitze in der Brennkammer als Überdruckventil
wirkend geöffnet ist. Durch die hohen Gastemperaturen und
Gasgeschwindigkeiten wurden bei bekannten Ventilanordnungen
beträchtliche Abnutzungserscheinungen in Form von Auswa
schungen und Abbränden der dem Gasstrom ausgesetzen Ventil
teile beobachtet, die eine betriebssichere Funktion einer
derartigen Ventileinrichtung über einen längeren Zeitraum
nicht gestatteten. Weiter wurde eine unzulässige Wärmeüber
tragung auf das Federelement der bekannten Ventileinrichtung
beobachtet, die eine Veränderung der Federeigenschaften des
Federelementes bewirkte, und damit die Einhaltung eines vor
bestimmten Solldrucks in der Brennkammer nicht zuließ.A valve arrangement of the generic type is called an over
pressure valve used in a hot gas generator, the
a combustion chamber from a propellant charge
Gas generated in the outer wall of a missile
ordered nozzles is supplied. This should make the flight
orbital of the missile corrective thrust are generated.
The gases generated by such a hot gas generator
a very high temperature on the order of between
1400 K and 2000 K and flow at very high speed
speed through the valve assembly, if this to break down a
Pressure peak in the combustion chamber as a pressure relief valve
is actually open. Due to the high gas temperatures and
Gas velocities have been found in known valve arrangements
considerable wear and tear in the form of
the valve exposed to the gas flow
observed parts that have a reliable function of a
such valve device over a longer period of time
not allowed. Furthermore, an inadmissible heat transfer
transfer to the spring element of the known valve device
observed a change in the spring properties of the
Spring element caused, and thus compliance with one before
certain target pressure in the combustion chamber.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Ventilanordnung anzugeben, die die zuvor beschriebenen
Nachteile nicht aufweist, die also verschleißsicher und
temperaturbeständig ist und demzufolge eine betriebssiche
re Funktion der Ventilanordnung über einen längeren Zeit
raum ermöglicht. Diese Aufgabe wird ausgehend von einer
Ventilanordnung der eingangs näher bezeichneten Art durch
die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ange
gebenen Merkmale gelöst.The invention has for its object an improved
Specify valve assembly that the previously described
Does not have disadvantages, so wear-resistant and
is temperature resistant and therefore a reliable one
re function of the valve arrangement for a long time
allows space. This task is based on a
Valve arrangement of the type specified in the introduction by
in the characterizing part of claim 1
given characteristics solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Ventil
anordnung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous refinements and developments of the valve
the arrangement can be found in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeich
nung näher erläutert. Dabei zeigt:The invention is described below with reference to the drawing
tion explained in more detail. It shows:
Fig. 1: eine erste Ventilanordnung im Längsschnitt; Fig. 1: a first valve assembly in longitudinal section;
Fig. 2: ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin
dung. Fig. 2: another embodiment of the inven tion.
In den Figuren sind lediglich die zum Verständnis der
Erfindung wesentlichen Teile dargestellt. Diese sind
Bestandteil eines Heißgasgenerators, der wiederrum inner
halb eines endphasengelenkten Flugkörpers oder Geschosses
angeordnet ist. Fig. 1 zeigt, lediglich teilweise darge
stellt, das Gehäuse 100 eines Heißgasgenerators, das eine
Brennkammer 101 umschließt. In der Brennkammer 101 wird
aus einer nicht dargestellten pyrotechnischen Treibladung
ein Gas erzeugt, dessen Temperatur zwischen etwa 1400 K
und 2000 K liegt. Dieses hoch erhitzte Gas wird nicht dar
gestellten Steuerdüsen zugeführt, die auf dem Umfang des
Flugkörpers angeordnet sind, und die bei Beaufschlagung mit
dem vom Heißgasgenerator erzeugten Gas einen für Steuer
zwecke ausnutzbaren Impuls auf den Flugkörper ausüben.
Um ein gleichmäßiges Druckniveau in der Brennkammer 101
aufrechtzuerhalten, das für eine optimale Verbrennung der
Treibladung und Beaufschlagung der Steuerdüsen erforderlich
ist, wird in einer Bohrung des Gehäuses 100 eine Ventilan
ordnung 10 vorgesehen, die als Überdruckventil wirkt und
einen Solldruck übersteigende Druckspitzen innerhalb der
Brennkammer 101 abbaut. Zu diesem Zweck verfügt die Ventil
anordnung 10, im Ventilkörper 11 in Längsaxialrichtung
beweglich gelagert, über einen Kolben 12, der von einer
Druckfeder 16 im Schließungssinne beaufschlagt ist. Bei
Auftreten einer Druckspitze innerhalb der Brennkammer 101
hebt der Kolben 12 sich von seinem Sitz 13 ab und stellt
eine gasdurchlässige Verbindung zwischen dem Innern der
Brennkammer 101 und der Öffnung 14 her. Der Druckwert,
bei dem die Ventilanordnung 10 anspricht, wird im wesent
lichen durch die Charakteristik der Druckfeder bestimmt.
Diese ist in unerwünschter Weise durch hohe Temperaturen
beeinflußbar. Um eine nachteilige thermische Beeinflussung
möglichst gering zu halten, ist der Kolben 12 als langge
strecktes, im wesentlichen zylindrisches Gebilde von mög
lichst geringem Querschnitt ausgestaltet, dessen Endstücke
12 a und 12 b halbkugelförmig abgerundet sind. Das der
Brennkammer 101 zugewandte Endstück liegt im Ruhezustand
der Ventilanordnung 10 auf dem Sitz 13 auf und schließt
damit die Öffnung 14 gegen die Brennkammer 101 hin ab.
Die den Kolben 12 beaufschlagende Druckfeder 16 ist in
Längsachsenrichtung von der Brennkammer 101 aus gesehen
hinter dem Kolben 12 angeordnet, um möglichst weit von
der Wärmequelle entfernt zu sein. Die Druckfeder 16 ist
zwischen zwei Aufnahmen 17, 18 eingeschlossen. Während die
Aufnahme 17 vom Endstück 12 a des Kolbens 12 beaufschlagt
wird und dazu über eine in ihrer Außenfläche zentrisch
angeordnete Ausnehmung zum Eingriff des Kolbens 12 verfügt,
stützt sich die zweite Aufnahme 18 auf einer Halbkugel 19
ab, die in einer mit dem Ventilkörper 11 verschraubten
Überwurfmutter 20 angeordnet ist. Durch Verdrehen der
Überwurfmutter 20 läßt sich die Vorspannung der Druckfeder
18 auf einfache Weise justieren. Im Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 besteht der Ventilsitz 13 aus einem im wesent
lichen hohlzylindrischen Einsatz, der von einem Dichtring
15 mantelförmig umgeben ist. Dieser Dichtring 15 verhindert
das Eindringen heißer Gase aus der Brennkammer 101 über die
Außenmantelflächen der Ventilanordnung 10.In the figures, only the parts essential for understanding the invention are shown. These are part of a hot gas generator, which is in turn arranged within a phase-guided missile or projectile. Fig. 1 shows, only partially Darge provides, the housing 100 of a hot gas generator, which encloses a combustion chamber 101 . A gas is generated in the combustion chamber 101 from a pyrotechnic propellant charge, not shown, the temperature of which is between approximately 1400 K and 2000 K. This highly heated gas is not presented provided control nozzles, which are arranged on the circumference of the missile, and which, when acted upon by the gas generated by the hot gas generator, exert a pulse which can be used for control purposes on the missile. In order to maintain a uniform pressure level in the combustion chamber 101 , which is necessary for optimal combustion of the propellant charge and the application of the control nozzles, a valve arrangement 10 is provided in a bore of the housing 100 , which acts as a pressure relief valve and pressure peaks within the combustion chamber 101 that exceed a set pressure degrades. For this purpose, the valve assembly 10 , in the valve body 11 movably mounted in the longitudinal axial direction, has a piston 12 which is acted upon by a compression spring 16 in the closing direction. When a pressure peak occurs within the combustion chamber 101 , the piston 12 lifts off its seat 13 and establishes a gas-permeable connection between the interior of the combustion chamber 101 and the opening 14 . The pressure value at which the valve arrangement 10 responds is essentially determined by the characteristic of the compression spring. This can be influenced undesirably by high temperatures. In order to keep an adverse thermal influence as low as possible, the piston 12 is designed as a elongated, essentially cylindrical structure of the smallest possible cross-section, the end pieces 12 a and 12 b of which are rounded off in a hemispherical manner. The end piece facing the combustion chamber 101 rests on the seat 13 in the idle state of the valve arrangement 10 and thus closes the opening 14 from the combustion chamber 101 . The piston 12 acts on the compression spring 16 is seen in the direction of the longitudinal axis of the combustion chamber 101 arranged behind the piston 12 to be far away from the heat source as possible. The compression spring 16 is enclosed between two receptacles 17 , 18 . While the receptacle 17 is acted upon by the end piece 12 a of the piston 12 and has a recess centrally arranged in its outer surface for engaging the piston 12 , the second receptacle 18 is supported on a hemisphere 19 , which is screwed into the valve body 11 Union nut 20 is arranged. The pretension of the compression spring 18 can be adjusted in a simple manner by turning the union nut 20 . In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the valve seat 13 consists of an essentially hollow cylindrical insert which is surrounded by a sealing ring 15 in the form of a jacket. This sealing ring 15 prevents the entry of hot gases from the combustion chamber 101 via the outer lateral surfaces of the valve arrangement 10 .
Um den hohen Temperaturbelastungen betriebssicher standzu
halten, ist auch besonderes Augenmerk auf die Materialaus
wahl für die verschiedenen Komponenten der Ventilanordnung
10 zu richten. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung besteht der Ventilkörper 11 aus einer Hoch
temperaturmolybdänlegierung. Als besonders geeignet hat
sich dabei die Legierung
erwiesen. Der für die Schließ-/Öffnungsfunktion der Ventil
anordnung 10 zuständige Kolben 12 selbst besteht ebenfalls
wie die Ventilsitze 13, 23 vorzugsweise aus Silitiumnitrit,
das eine hinreichend hohe Temperaturbeständigkeit und eine
ganz hervorragende Beständigkeit gegen das mit Abrandparti
keln verunreinigte Heißgas aufweist. Zweckmäßig werden auch
die Aufnahmen 17, 18 für die Druckfeder 16 und die zur
Lagerung der Aufnahme 18 bestimmte Halbkugel 19 ebenfalls
aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit wie
beispielsweise Siliziumnitrit hergestellt.In order to withstand the high temperature loads reliably, special attention should also be paid to the choice of material for the various components of the valve arrangement 10 . In an advantageous embodiment of the invention, the valve body 11 consists of a high temperature molybdenum alloy. The alloy has proven to be particularly suitable. The piston 12 responsible for the closing / opening function of the valve assembly 10 itself also consists, like the valve seats 13 , 23, preferably of silitium nitrite, which has a sufficiently high temperature resistance and a very excellent resistance to the hot gas contaminated with Abrandparti. The receptacles 17 , 18 for the compression spring 16 and the hemisphere 19 intended for mounting the receptacle 18 are also expediently also produced from a material with low thermal conductivity, such as silicon nitride.
Zwecks noch höherer Temperaturbeständigkeit ist im Ausfüh
rungsbeispiel gemäß Fig. 2 der Ventilsitz 23 derart aus
gestaltet, daß auf den im Ausführungsbeispiel nach Fig.
1 vorgesehenen Dichtring 15 verzichtet werden kann. Der
Ventilsitz 23 hat dazu eine im wesentlichen flaschenförmige
Gestalt, wobei sein Bereich größeren Durchmessers von im
Bezug zur Längsachse schräg angestellten Endflächen 23 a,
23 b berandet ist. Die Fläche 23 b ist formschlüssig und
gasdichtend an eine entsprechend ausgestaltete Gegenfläche
im Ventilkörper 11 angepaßt. Auch in der die Ventilanordnung
10 aufnehmenden Bohrung innerhalb des Gehäuses 100 ist
eine schräg verlaufende Fläche vorgesehen, an die sich
beim Einschrauben des Ventilkörpers 11 die Fläche 23 a des
Ventilsitzes 23 gasabdichtend anlegt.For the purpose of even higher temperature resistance is in the exporting of the valve seat 23, for example approximately according to FIG. 2 such from designed that can be dispensed to the intended in the embodiment of FIG. 1, sealing ring 15. For this purpose, the valve seat 23 has an essentially bottle-shaped shape, its region of larger diameter being bordered by end faces 23 a , 23 b inclined with respect to the longitudinal axis. The surface 23 b is positively and gas-tightly adapted to a correspondingly designed counter surface in the valve body 11 . A sloping surface is also provided in the bore accommodating the valve arrangement 10 within the housing 100 , against which the surface 23 a of the valve seat 23 rests in a gas-sealing manner when the valve body 11 is screwed in.